Модель организации системы менеджмента измерений

В статье приведена система менеджмента и контроля измерительного оборудования на производстве полного цикла, специализирующемся на выпуске бытовой техники.

293-16 16 948 зн.

М. В. Шанта

Аспирант

Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения

Семенова Елена Георгиевна

Доктор технических наук, профессор Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения

МОДЕЛЬ ОРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ МЕНЕДЖМЕНТА

ИЗМЕРЕНИЙ И ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

В статье приведена система менеджмента и контроля измерительного оборудования на производстве полного цикла, специализирующемся на выпуске бытовой техники.

Ключевые слова: система менеджмента измерений, метролог, анализ Gage R and R, аудит.

M. V. Shanta

Aspirant

Saint-Petersburg State University of Aerospace Instrumentation

Semenova E. G.

Professor Doctor of Engineering Science, associate professor of Saint-Petersburg State University of Aerospace Instrumentation

MODEL OF ORGANIZATION OF MANAGEMENT SYSTEM FOR

MEASUREMENTS AND MEASURING EQUIPMENT

The article presents management of measuring system and measuring equipment for production of home appliances at the full size factory.

Keywords: Measurement management system, metrologist, Gage R and R analyses, audit.

В современном обществе организация системы менеджмента измерений играет большую роль. Это связано с тем, что практически нет ни одной сферы человеческой деятельности, где бы ни использовались результаты измерений. Системы менеджмента измерений применима в реализации следующих законов РФ: "О защите прав потребителей" [1], "О стандартизации"[2], "О сертификации продукции и услуг" [3], "Об обеспечении единства измерений" [4] и т.д

Актуальность темы обусловлена тем, что с помощью измерений получают информацию, которая служит основой для принятия решений на всех уровнях управления, вне зависимости от процесса, будь то качество продукта, качество услуги, качество процесса, научного эксперимента и т.д. Правильность решения зависит от достоверности и точности данных. Недостоверная информация приводит к снижению качества продукции, авариям, массовому браку, затратам.

Системы менеджмента измерений – совокупность взаимосвязанных или взаимодействующих элементов, необходимых для достижения метрологического подтверждения пригодности и управления процессами измерения [5]. В производстве бытовой техники задействованы многие процессы, которые можно условно разделить на две подгруппы: внутреннее производство и поставляемые детали и компоненты. В обоих случаях обязательным является процесс проверки качества компонентов, который включает в себя обязательную проверку геометрии. На качество продукта в равной степени влияет как качество проработки дизайна той или иной детали, так и методика измерений, включая выбор самого измерительного оборудования. В работах [6-7] авторами рассмотрены основные принципы робастного дизайна, включая основы аксиоматического проектирования. Что касается методики измерений, немаловажным условием является выбор правильного измерительного оборудования. Это может быть как дорогостоящая координатно-измерительная машина с гранитным столом (высокоточное измерительное оборудование), так и инструмент, который не предназначен для высокоточных измерений, а служащий для отображения изменений какого-либо параметра, так называемый индикатор.

Однако самое главное разработать систему, которая позволит обеспечить точность измерений, вне зависимости от того, производятся ли измерения одним и тем же человеком, одним и тем же инструментом, в одно и то же время или с разными промежутками. Для выполнения данной задачи следует назначить главного метролога на предприятии. Метрологи осуществляют контроль измерительной техники и надзор качества продукции, проверяют соответствие средств измерений государственным и международным требованиям. Объектам проверки метролога выступает не только техника, но и сопроводительная документация оборудования. Метролог так же отвечает за отслеживание статуса измерительного оборудования на предприятие, а именно: за заказ, нумерацию, подсчет, перемещение, организацию поверки, калибровки и блокировки некондиционного оборудования, изъятия его из производства.

Для поддержания необходимых документов и записей, относящихся к систематизации и отслеживанию измерительного оборудования, в ведении главного метролога находится база данных, которая содержит всю необходимую информацию. Это необходимо для обеспечения выполнения требований закона "Об обеспечении единства измерений" [4]. Пример базы данных изображен на таблице 1.

База данных учета средств измерения
	Наименование	Заводской номер	Диапазон измерений	Погрешность	Номер сертификата калибровки	Участок	Ответственный	Дата последней калибровки	Статус	Поверитель	Дата следующей калибровки
1	Штанген-циркуль	FPDA121L	0-150 мм	±0,05мм	148/10	PD	Степанов Н.	04.02.2016	Откалиб-ровано	Тест СПб	04.02.2017
2	Внутренний микрометр	FQM261F	100-900 мм, ЦД 0,01	±0,02мм	150/11	QM	Иванов К.	16.01.2016	Откалиб-ровано	Тест СПб	16.01.2017
3	Термометр Testo 925	FME261L	50°…100°С	±0,1°С	161/12	ME	Михеев Н.	11.09.2015	Заблоки-ровано	Тест СПб	11.10.2016

Таблица 1. Пример базы данных учета средств измерения

В качестве результата ежемесячно должны подводиться итоги по отслеживанию статуса всех СИ на предприятии. Это необходимо, чтобы не допустить возможности использования неоткалиброванного оборудования на производстве, а так же выявить, какие измерительные приборы должны быть изъяты в следующем месяце. Подобный контроль ситуации позволит так же вовремя планировать, где и когда необходимо заменить серийное средство измерения на прибор - дубликат.

Пример таблицы по отслеживанию представлен на рисунке 2.

Учет СИ на предприятии ООО Восход									01.05.16
Предприятие:	Всего:	Индикаторов	Средств измерений	Не откалибровано	В процессе	Утеряно	Заблокировано	Сломано	Консервация	Удалено/ Утилизировано
ООО Восход	1345	438	1172	п0	12	127	266	11	29	0

Таблица 2. Пример базы данных по учету средств измерения

Все измерительное оборудование, находящееся в использовании должно быть промаркировано. В качестве наглядной визуализации используется три цвета: синий (для оборудования, которому присвоен статус индикатора), зеленый цвет (для оборудования, которое прошло обязательную калибровку и может быть использовано на производстве; при этом должна быть указана дата, когда срок калибровки истекает), красный цвет используется для визуализации оборудования, не пригодного для использования. Важно отметить, что на производстве могут использоваться только инструменты с синей или зеленой наклейкой. Средства измерения, обозначенные красной наклейкой, должны быть заблокированы и изъяты из производственного процесса. В случае обнаружения измерительного или тестового оборудования без обозначения, метролог должен быть проинформирован, а инструмент передан ему для принятия дальнейшего решения. Немаловажной задачей метролога является настройка системы отслеживания точности измерений, повторяемости результата между операторами и между самими измерениями. Наладить такую систему на предприятии можно при помощи применения анализа Gage R and R.

Анализ Gage R and R является одним из инструментов методологии «Шесть сигм». Более детальное изучение метода и самой методологии можно найти в работах Konstantyn Dmagic [8], Джорж Майкл [9].

Gage R and R – это оценка измерительной системы, анализ сходимости и воспроизводимости результатов измерений. Анализ Gage R and R проводится для того, чтобы убедиться в том, что измерения, производимые на машинах, осуществляются правильным образом и могут служить индикатором, все ли в порядке с процессом и с качеством деталей. Так же целесообразно проводить подобный анализ перед внедрением системы статистического контроля процессов. Рекомендуется производить анализ Gage R and R на каждой производственной машине не реже одного раза в год, в случае неудовлетворительных результатов (больше 30%), предпринимаются меры по корректировки метода измерений, после чего анализ следует повторить. Для получения более точного результата анализа, рекомендуется производить измерения минимум тремя операторами, которые должны замерить не меньше десяти деталей по два раза каждую. Чем больше измерений и операторов задействовано в анализе, тем достовернее результат. Для расчета вариаций образцов и дальнейшего анализа погрешности измерений используется метод дисперсионного анализа. Наиболее удобным средством произведения данного анализа является программное обеспечение Minitab.

Представление результатов возможно как числовом виде, так и с помощью графиков.

Пример графического изображения представлен на рисунке 3.

Рис. 3 Отчет по анализу измерительной системы, выполненный в программе Minitab

Диаграмма Components of variation ( Составные вариабельности) отражает все источники вариабельности. Первые три столбца (Gage R and R( анализ измерительной системы), Repeatability (повторяемость), Reproducibility (воспроизводимость) говорят об общем результате проведенного анализа. Основной показатель, который является индикатором процесса % Study variation ( % оценки отклонения) в разделе Gage R and R. Если отклонение измерительной системы отличается на 10% от отклонений в процессе, то измерительная система считается достоверной. На рисунке 4 представлена таблица с трактовкой результата анализа по показателю % Study variation (% оценки отклонения).

Процент оценки отклонения в процессе	Критерии
Меньше, чем 10%	Система измерений считается достоверной
Между 10% и 30%	Оценка системы может считаться приемлемой. Целесообразность корректировки оценивается исходя из сложности инструмента, стоимости прибора или его ремонта, а так же могут браться во внимание др. факторы
Больше, чем 30%	Система измерений не действительна и требует доработок

Рис. 4 Таблица трактовки результатов оценки измерительной системы

Показатель Gage R and R говорит о том, какое отклонение происходит в данной измерительной системе, при этом учитывается, что измерения делаются разными операторами, которые используют один и тот же инструмент. При помощи показателя Repeatability (воспроизводимость) отслеживается постоянство результатов измерений, когда одна и та же деталь измеряется несколько раз одним и тем же оператором. Показатель Reproducibility (повторяемость) дает информацию о том, отличаются ли измерения одной и той же детали, сделанные разными операторами. В случае отклонений следует проанализировать, что конкретно влияет на результат, возможно, необходимо провести тренинг, где будет определен единый стандарт по проведению измерений. Part-to-part (одна деталь по отношению к другой) анализ говорит нам о том, насколько детали отличаются по геометрии друг от друга.

Следуя из графика, можно сделать вывод, что на процесс измерения в меньшей степени влияют операторы. Методика измерения у операторов приближена к единому стандарту. При измерении одной и той же детали одним оператором показатель Study var равен 25%, что находится в поле допуска ( <30), однако требует более детального анализа причин разницы в результатах. При сравнении разных деталей, выявляется разница в геометрии, Study var равен 95%. В данном случае результат не указывает на плохое качество деталей. Разница в геометрии способствует чистоте эксперимента, с учетом того, что детали находятся в допуске по чертежу.

На диаграмме R Chart by operators (размах по операторам) нанесены точки, соответствующие разнице между наибольшими и наименьшими значениями результатов измерений отдельной детали. Если в каждом измерении полученные значения одной детали одинаковы, размах равен 0. Результаты разделены по оператору и позволяют сравнивать согласованность каждого оператора. На график также нанесены контрольные пределы: если точка расположены выше контрольного предела, это означает, что у оператора возникли трудности при измерении данной детали. Если трудности при измерении одной и той же детали возникли у разных операторов, то, вероятно, данная деталь не подходит для анализа (изношена, меняет свойства и т.д.) и требует замены.

Диаграмма Xbar chart by operator (средних значений измерений по операторам) определяет, является ли измерительная система достоверной. Диаграмма сравнивает вариацию всех измеренных деталей с вариацией показаний измерительного оборудования. На этом графике должно быть как можно больше выбросов за линии верхнего и нижнего контрольного пределов – это свидетельствует о том, что вариация образцов больше вариации показаний измерительного прибора. Таким образом, чем больше выбросов за верхнюю и нижнюю границу допуска, тем достовернее измерительная система.

На диаграмме Measurement by part (значений измерений по деталям) показаны все измерения каждой отдельной детали всеми операторами. Измерения изображены в виде не закрашенных кругов. Линией соединены средние значения наблюдений.В идеальном состоянии, между неоднократными измерениями каждой детали вариации минимальны (закрашенные круги каждой детали расположены близко друг к другу). Средние значения должны отличаться в степени, достаточной для того, чтобы разница между деталями была очевидной. Диаграмма Measurement by Operator (значений измерений по операторам) позволяет сравнить разброс результатов, собранных разными операторами. Линией на графике отмечены средние значения всех измерений, проведенных каждым оператором. Этот график позволяет оценить, насколько вариация измерений зависит от каждого оператора. Если линия, соединяющая ящики, параллельна горизонтальной оси, операторы в среднем фиксируют схожие результаты измерений.

И наконец, график Parts Operators interaction (средних значений измерений по операторам) показывает средние значения всех наблюдений каждой детали, произведенных операторами. В идеальном варианте линии совпадают, а средние значения измерений будут отличаться достаточно, чтобы разница между деталями была очевидной. Если линии практически идентичны, операторы измеряют детали аналогичным образом. Если одна линия постоянно расположена выше или ниже другой, значения, фиксируемые одним из операторов, постоянно завышены или, соответственно, занижены.

Чтобы использование анализа Gage R and R носило систематический характер, разрабатывается система аудитов.

Аудит – систематический, независимый и документированный процесс получения объективных свидетельств и их объективного оценивания для установления степени соответствия критериям аудита [5].

Во время аудитов собираются данные из чек листов со значениями, полученными во время ежедневных проверок.

Пример документа по организации аудитов на производстве на предмет анализа Gage R and R с фиксацией результатов проверки представлен на рисунке 5.

Рис.5 Документа по подготовке и результатам аудита на предприятии ООО Восход

В случае неудовлетворительных результатов в ходе аудита (>30%), проводится анализ корневых причин, после чего должен быть запланирован повторный аудит, который подтвердит, что меры были эффективными.

Таким образом, в данной статье представлена модель организации системы менеджмента измерений и измерительного оборудования. Система включает в себя 3 основные составляющие: организацию отслеживания статуса измерительного оборудования, введение в использование Gage R and R анализа и аудитов для регулярного контроля системы.

Внедрения описанной модели на предприятии, специализирующемся на производстве бытовой техники, позволило улучшить показатели по выполнению плана по своевременной калибровки (количество откалиброванных СИ на общее количество приборов в процентном соотношении) за период с мая 2015 по сентябрь 2015 на 40%. Внедрение системы анализа Gage R and R и системы аудитов в сентябре 2015 привело к тому, что за пол года после внедрения модели сократилось количество брака произведенной продукции на 30% на производстве собственных комплектующих. Полностью было исключена возможность попадания продукции с неправильной геометрией с заготовительного производства на линию.

К такому результату пришли благодаря точности данных по геометрии, достигнутой за счет анализа методов измерения и выявления оборудования на производстве, где требуется устранение недочетов методики измерения и проведения дополнительного обучения операторов единому стандарту.

Актуальность данных поддерживается системой регулярных аудитов, что позволяет поддерживать стабильное состояние процесса и показателей.

Библиографический список:

1. Закон РФ «О защите прав потребителей» от 03.07.2016, стр.48

2. Федеральный закон «О стандартизации в РФ» от 29.06.2016

3. Закон РФ от 10 июня 1993г, № 5151-1 «О сертификации продукции и услуг» от 25.07.2002

4. Федеральный закон "Об обеспечении единства измерений" от 26.06.2008 N 102-ФЗ (ред. от 13.07.2015)

5. ГОСТ Р ИСО 9000 – 2015 СМК. Основные положения и словарь. - М.: Стандартинформ, 2015. 48 с.

6. Nam Pyo Suh. Axiomatic design. Advances and Applications. New York. Oxford. Oxford university press, 2001. 503 c.

7. Ю.А. Антохина, А.Г. Варжапетян, А.А. Оводенко, Е.Г. Семенова. Методы и инструменты управления качеством проектов. Монография. СПб.: ГУАП, 2012. 303 с.

8. Konstantin Dmagic. Шесть сигм. Краткое руководство желтых поясов. Six sigma Yellow belt., 2012, стр.136 (http: //Six Sigma Online.ru), 02.10.2016

9. Джордж Майкл. Бережливое производство + шесть сигм. М.: Альпина бизнес букс, 2005, стр.360